一、電鏡研制中新技術(shù)的應(yīng)用
    在50～60年代，電鏡的發(fā)展幾乎集中在提高常壓電鏡的分辨率和改進制樣技術(shù)方面。70～80年代，除繼續(xù)提高儀器的分辨率外，在電鏡的工作方式上有很多的拓展，出現(xiàn)了超高壓電子顯微鏡、透射掃描式電子顯微鏡、分析型電子顯微鏡等，更為廣泛地開發(fā)了電鏡的功能和拓展其應(yīng)用范圍。90年代以后，電子技術(shù)和計算機技術(shù)的應(yīng)用使得電鏡的自動化程度有了很大的提高，以往非常復(fù)雜的電鏡合軸、消像散等調(diào)整步驟均可以由計算機控制系統(tǒng)去完成，使操作人員使用起來更加便利與快捷，而電鏡的影像顯示、處理、存儲和傳輸?shù)裙δ芤搽S之變得愈加強大，內(nèi)容愈加豐富多彩起來。
    1.電鏡的結(jié)構(gòu)方面
    (1)電子槍  按低、中、高檔電鏡分別采用鎢絲、六硼化鑭陰極材料和冷場發(fā)射電子槍，某些電鏡為適用不同用途還可以換用不同的陰極材料；高檔電鏡中的場發(fā)射電子槍又另配有陽極加熱器和巴特勒型防靜電透鏡，使電鏡的槍陰極壽命、電子束的亮度和穩(wěn)定性得到大大提高。在電子槍需要更換時，以往都要手動升降電子槍，現(xiàn)已出現(xiàn)了氣壓驅(qū)動自動升降方式。     
    (2)樣品室  配有可由計算機精密控制Ｘ－Ｙ移動并且?guī)В伲趦A斜角度旋轉(zhuǎn)測定的樣品臺；樣品臺和放大率連動控制；樣品位置、傾斜角度等狀態(tài)在ＣＲＴ上即時 顯示，樣品位置20點記憶和記憶位置自動回位；防止樣品污染和損傷的樣品室排氣管冷阱、通過“冷指”傳導的液態(tài)氮冷卻裝置。
    (3)電磁透鏡  不同檔次電鏡的聚光鏡為２～３級不等；為提高物鏡精度出現(xiàn)了一體化透鏡設(shè)計，中間鏡和投影鏡采用了成對設(shè)計、兩兩互補、相互抵消低倍影像畸變等措施。
    (4)觀察室和照相室  熒光屏升降由手動改為馬達驅(qū)動自動升降，電子束自動檢測、全自動曝光計與快門連動，能防止無意二次曝光，可進行多次曝光的底片輸送與快門連動機構(gòu)，能避免輸送空片的底片檢測機構(gòu)。
    (5)真空泵  為適應(yīng)場發(fā)射電子槍的需要，高檔電鏡多采用離子泵和渦輪分子泵，從而在機械泵和油擴散泵的基礎(chǔ)上進一步提高真空度，目前電鏡內(nèi)場發(fā)射電子槍的最高真空度已達到10-7Pa。
    (6)其他方面   綜合分析型電鏡的倔起，導致了多種多樣的信號探測器和影像數(shù)據(jù)處理器被引進了電子顯微鏡內(nèi)，除常規(guī)的透射電子和二次電子以外，散射電子、背散射電子、Ｘ線等均被加以利用，于是對應(yīng)上述各種信號的探測，如：散射電子、背散射電子探測系統(tǒng)，Ｘ線波譜、能譜分析儀等就成了分析型電鏡的可隨意選購、方便安裝 的配套裝置。
    2.操作功能和性能
    一方面電鏡的功能在不斷增加，另一方面電鏡的操作卻在越加方便和容易。以往最令非專業(yè)技術(shù)人員的普通操作者頭疼的是，電鏡需要定期及不定期地清洗、合軸、消像散等維護和調(diào)整等操作，現(xiàn)在可以由計算機系統(tǒng)來提示完成或者自動完成。
    電鏡的自動曝光��加速電壓曝光差自動校正功能、ＡＢＳ（根據(jù)指定的快門時間自動設(shè)定 最佳亮度）亮度優(yōu)先曝光功能、ＡＴＳ（根據(jù)觀察亮度自動設(shè)定最佳快門時間）時間優(yōu)先曝光功能，以及自動亮度對中、自動消像散、自動聚焦、自動亮度與對比度平衡調(diào)整、自動安全檢測和保護、自動柵偏壓設(shè)置、自動燈絲電壓預(yù)定、自動真空抽取程序管理等功能都給操作者帶來了極大的便利。
    此外計算機技術(shù)的滲透也使得電鏡在影像的后期處理方法更為多樣化，能顯示靜止影像并可 進行加工處理，如：慢掃描像的全速ＴＶ顯示、ＴＶ掃描像的平均值改善（Ｓ／Ｎ）、ＴＶ 及初次掃描時的影像積分（多達1000次以上）、影像存儲時的對比度轉(zhuǎn)換（可提供數(shù)十種轉(zhuǎn)換曲線）、實時－直方圖（信號強度分析）顯示、分割畫面顯示、影像識別和立體化重建等。
    計算機強大的影像管理器功能具有豐富的影像信息，帶有多種檢索功能的影像數(shù)據(jù)庫，可以將影像在BMP、TIFF、JPEG等常用的格式間相互轉(zhuǎn)換、壓縮并存儲進硬盤（HD）、磁光盤（M O）、光盤（CD-RAM）之中，或者連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸給其他站點。某些電子顯微鏡借鑒采用Windows操作界面，給用戶以非常親切熟悉的感覺（圖4-31）。 

圖4-31 電鏡的操作界面與影象的網(wǎng)絡(luò)傳輸

 (a)電鏡的操作界面 (b )影像的網(wǎng)絡(luò)傳輸
    在性能方面，電鏡的研制方向一直是力求觀察更微細的結(jié)構(gòu)甚至是單個原子，這方面的進展還是通過提高加速電壓，改進制樣技術(shù)，采用新材料、新技術(shù)和新工藝來提高成像的分辨率。日本日立公司制作的 H-9000型透射電鏡已達到了0.102nm的晶格分辨率，點分辨率也達0.192nm；Ｓ－5000型掃描電鏡的線分辨率為0.6nm。
    二、新型電子顯微鏡
    1.超高壓電鏡
    加速電壓超過500kV的透射電鏡，稱為超高壓電鏡，目前世界上電鏡的最高加速電壓可達到3000kV。超高壓電鏡體積龐大，結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜。發(fā)展超高壓電鏡主要是為了研究樣品在自然狀態(tài)下的形貌，期望能觀察生物活體和活細胞內(nèi)超微結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，還想通過增加附件，去觀察標本在各種不同角度，以及加溫、冷卻、拉伸、彎曲過程中的形變等。它具有下述優(yōu)點：①由于加速電壓很高，電子束的能量極大，因而能穿透較厚的樣品；②景深很大，厚樣品在不同高度上的細節(jié)都能同時清楚地成像在同一平面上，采用立體照相技術(shù)可獲得三維結(jié)構(gòu)的影像；③輻射損傷小，有較高的分辨率；④樣品室大，可使用具有多種用途的樣品臺，從而使人們有可能了解生物活體和活細胞內(nèi)超微結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。
    ２．綜合型分析電鏡
    目前電鏡正在逐漸發(fā)展成為一種大型綜合分析儀器，利用電子束照射樣品后所產(chǎn)生的各種電子信號，通過不同的探測器來收集不同的信息［圖4-32(a)］，從而對樣品進行微區(qū)綜合分析，這種電鏡稱為綜合型分析電鏡。如電鏡與X線微區(qū)分析、微區(qū)電子衍射、俄歇(Auger)電子譜儀、能譜儀（EDS）及波譜儀（WDS）等相結(jié)合，可在觀察樣品形貌像的同時，對樣品進行微區(qū)化學成分及結(jié)構(gòu)的綜合分析［圖4-32(b)］。 

圖4-32 綜合型分析電鏡

    X線顯微分析法是較早發(fā)展起來的一門技術(shù)，它包括2種方法：一種是分析X 線的波長，稱為X線波譜分析法；另一種是分析X線的強度，稱為X線能譜分析法。用這種技術(shù)既能對體積只有幾立方微米內(nèi)所包含的元素成分進行分析，又能把它們和組織細胞的顯微形態(tài)結(jié)構(gòu)對應(yīng)起來，從而完成定位定量分析。其分析精度很高，能分析出億萬分之一克的微量元素，并且元素周期表上大部分元素都能分析出來。分析電鏡具有許多優(yōu)點，現(xiàn)在普遍使用在許多學科研究中，在生物醫(yī)學研究領(lǐng)域里用來分析各種不同組織細胞中存在的元素,了解特殊元素在體內(nèi)可能具有的功能，也可作病理及致癌因子的研究。
    從以上介紹可看出，電子顯微鏡已不僅是一種高倍顯微鏡，如今已成為定性、定量綜合分析的揭示微觀世界的儀器。而電子顯微學也隨著生物醫(yī)學的發(fā)展，已從初期的基礎(chǔ)研究學科范疇，廣泛地走進臨床醫(yī)學等應(yīng)用學科領(lǐng)域。
    3.掃描隧道電子顯微鏡
    最后需要特別介紹一下80年代發(fā)展起來的掃描隧道顯微鏡(scanning tunneling microsco py)。在本章開始我們已經(jīng)介紹，電子顯微鏡之所以能獲得較之光學顯微鏡更高的成像分辨 率，是由于它的電子束波長非常地短，鑒于它的成像方法等原因，至目前電鏡的成像分辨率已近極限。盡管近年來電鏡的研制經(jīng)過不斷地改進與提高，使其功能和應(yīng)用范圍獲得了很大的拓展，但僅就其分辨率一項性能而言，并沒有太大的突破。若想更深入地領(lǐng)略極細微空間的自然世界，只有另辟蹊徑，尋找其他的成像方式。掃描隧道電子顯微鏡就此應(yīng)運而生，它是利用直徑為原子尺度的針尖在樣品表面掃描， 

    圖4-33各種顯微鏡的探微領(lǐng)域
    針尖與樣品表面非常地接近，電子云互相重疊，在這兩個物體間施加一適當電壓，電子就可因量子隧道效應(yīng)由針尖(或樣品)轉(zhuǎn)移到樣品(或針尖)，從而在針尖和樣品間形成隧道電流。隧道電流則隨針尖與樣品間距的變化而發(fā)生變化（如：間距增大則電流減?。?，這是就可以得到表征樣品表面原子排列和原子形態(tài)的清晰影像。 這是繼光學顯微鏡、電子顯微鏡以后，人們能直接觀察研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的又一種新型顯微鏡（圖4-33為各種顯微鏡的探微領(lǐng)域示意）。 
圖4-33 各種顯微鏡的探微領(lǐng)域
它的橫向分辨率為0.1～0.2nm，而深度分辨率高達幾個皮米(1pm=10-12m)，其放大倍數(shù)可達數(shù)千萬倍，比普通電鏡還要高數(shù)百倍。并克服了普通電鏡中高能電子束對樣品的輻射損傷、對樣品表面起伏深度分辨率低以及樣品必須處于真空中的限制,掃描隧道顯微鏡既可以在高真空、超高真空中,也可以在大氣下甚至液體中無損傷地直接觀察物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)。利用掃描隧道顯微鏡人類第一次清晰地直接觀察到了111硅表面7×7結(jié)構(gòu)的原子排列像和含水的DNA大分子結(jié)構(gòu)等。研制掃描隧道顯微鏡的科學家們在它的電子探針下面將單個原子逐個移動，以排列成自己的姓名或者國家名稱為榮耀，成為科學界的一大美談。由于在微電子技術(shù)、表面科學和生物科學等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景和強大的生命力，目前掃描隧道顯微鏡儀的自身提高與改進和它實際應(yīng)用領(lǐng)域的探索，已成為各國科學家深入研究的共同熱點。